CN1938511A - 用于增压内燃机的废气再循环的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在增压内燃机(1)中进行废气再循环的装置。该装置包括用于将废气从内燃机(1)导出的排气管路(3)，用于将高于大气压的空气导入内燃机(1)的进气管路(6)，包括到排气管路(3)的连接和到进气管路(6)的连接的回流管路(8)，从而通过回流管路(8)可将废气从排气管路(3)再循环到进气管路(6)。该装置包括通过周围空气进行冷却的增压冷却器(12)。增压冷却器(12)结合在进气管路(6)中从回流管路(7)到进气管路(6)的连接处的下游处，从而当废气从回流管路(7)返回时，所述增压冷却器(12)在将废气与空气的混合物导入内燃机(1)之前冷却所述混合物。

Description

用于增压内燃机的废气再循环的装置
发明领域
本发明涉及一种用于在根据权利要求1前序的增压内燃机中废气再循环的装置。
背景技术
已知采用通常所说的EGR(废气再循环)技术将内燃机燃烧过程中产生的一部分废气通过回流管路导回至为内燃机提供空气的进气管路。从而将空气和废气的混合物通过进气管路提供到进行燃烧的发动机气缸中。空气中加入废气使燃烧温度降低，尤其是减少了废气中氮氧化物NOx的含量。这种技术被同时应用在汽油机(otto)和柴油机中。
可提供给增压内燃机的空气量取决于空气的压力以及空气的温度。为了将尽可能多的空气提供给内燃机，因而需要在将压缩空气导入到内燃机之前，在增压空气冷却器中冷却压缩空气。通过流经增压空气冷却器的周围空气来冷却增压空气冷却器中的压缩空气。因此可将压缩空气冷却到仅比周围环境温度高几度的温度。在使用EGR技术时，返回的废气也需要冷却。这通过所谓的EGR冷却器来实现。通常将EGR冷却器连接到内燃机冷却***，从而通过在冷却***中循环冷却剂在EGR冷却器中冷却废气。因此，EGR冷却器受到的局限在于，无法将废气的温度冷却到比冷却***中的冷却剂温度更低的温度。因此，当将废气引入通到内燃机的进气管路时，冷却的废气通常比冷却的压缩空气温度高。因此，向内燃机导入的废气和空气的混合物将比导入到不具有废气再循环的增压内燃机的压缩空气温度高。配有EGR的增压内燃机的性能因而比没配备EGR的增压内燃机的性能稍差。
发明内容
本发明的目的是提供一种以以下方法影响增压内燃机中废气再循环的装置：废气再循环不会导致内燃机性能低于不具有废气再循环的相应内燃机的性能。
采用前言所提到的这种装置来实现该目的，所述装置的特征在于权利要求1的特征部分所指示的特征。因此，将废气与压缩空气混合，然后通过冷却介质将废气与压缩空气一起在冷却器中冷却，所述冷却介质的温度与周围温度基本一致。这意味着，使导入到内燃机的废气与压缩空气的混合物的温度与提供给不配有EGR的内燃机的压缩空气的温度一致。因而，配有根据本发明的装置的内燃机的性能可与不配有EGR的内燃机的性能一致。
根据本发明的优选实施例，所述第一介质是周围空气。周围空气总是可利用的介质，并且不需要复杂的设备来使其流经第一冷却器。使用周围空气作为冷却介质可将废气冷却到接近周围空气温度的级别。因而，可以在第一冷却器中使用与传统增压空气冷却器中相同的冷却介质来冷却压缩空气。这意味着可将废气冷却到与传统增压空气冷却器中的压缩空气相同的级别。这种装置被有利地使用在由内燃机发动的车辆中。从而使周围空气在车辆运行期间自然流过第一冷却器。可结合使用风扇来保证空气流过第一冷却器。
根据本发明的优选实施例，所述装置包括用于在回流管路中冷却废气的第二冷却器。诸如空气之类的气态冷却介质对于带走冷却器中的热量来说通常不是特别有效。还有比通过空气来进行冷却的冷却器更有效的冷却器。因此，有利的是，在通过第一冷却器冷却热的废气之前，使用这种更加有效的第二冷却器作为第一步骤来冷却热的废气。所述第二冷却器优选地通过液态介质来进行冷却。液态介质通常提供比气态介质更有效的冷却。因此，可使具有与气冷式冷却器相同冷却能力的液冷式冷却器变得小很多。当将这种液冷式第二冷却器结合到回流管路中的时候，作为第一步骤，可以采用有效的方式降低废气的温度。因此所需要的第一冷却器的冷却能力显著性地越低，则就因而能够将后者制造得显著性地越小。液态介质可用于在冷却***中循环，所述冷却***中还用于冷却内燃机。因此在这种情况下，在第一步骤使用车辆冷却***中现有的冷却剂来冷却废气。尽管冷却剂的温度会高于周围空气的温度，但其结果是冷却剂的温度和废气的温度之间具有相当大的差异。因此所述第二冷却器中的冷却剂因此可有效地对废气进行冷却。
根据本发明的另一个优选实施例，所述第一冷却器紧邻用于对冷却***中的冷却剂进行冷却的冷却器。第一冷却器位于车辆中为适合周围空气的通流而设计的区域中。在该例中，冷却风扇可以结合有为冷却***中的冷却剂和第一冷却器中废气与压缩空气的混合物提供有效冷却的强大能力。
根据本发明的另一个优选实施例，该装置包括结合在回流管路中的EGR阀。通过在回流管路中的这种EGR阀，在需要的时候可切断废气流。在某种程度上，EGR阀也可用于控制通过回流管路返回的废气量。通常采用控制单元来控制EGR阀。控制单元根据与内燃机的当前运行状态相关的信息来控制EGR阀。控制单元可以是具有合适软件的计算机单元。
根据本发明的另一个优选实施例，该装置包括由排气管路中不导入回流管路中的废气驱动的涡轮机以及由所述涡轮机驱动并从而压缩进气管路中的空气的压缩机。因此，废气的高于大气压的压力被用于压缩进气管路中的空气。所述内燃机可以是柴油机或汽油机。在使用增压汽油机的情况下，由于在基本上所有运行状态下废气的压力均高于进气管路中压缩空气的压力，因此很容易将再循环的废气添加到空气中。在使用增压柴油机的情况下，在某些运行情况下废气的压力将低于压缩空气的压力。因此，在这种运行情况下，不借助特定的辅助设备，就不可能把废气直接与进气管路中的空气混合。这种辅助设备是所谓的文丘里管(venturi)，其位于进气管路中，靠近进气管路到回流管路的连接处。通过这种文丘里管，可以在到回流管路的连接处，局部减小进气管路中的空气静压。
附图简述
以下通过参照附图，采用示例的方式来描述本发明的优选实施例，其中：
图1描述了用于在增压柴油机中废气再循环的装置的实施例；以及
图2用图形描述了根据本发明的增压空气冷却器的布置。
具体实施方式
图1用图形描述了用于在增压内燃机中废气再循环的装置。在本例中，内燃机是柴油机1。通常将这种再循环称为EGR(废气再循环)。将废气加入到导入到发动机气缸的压缩空气中降低了燃烧温度，也因此降低了在燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量。柴油机1可例如用于发动重型车辆。来自柴油机1的汽缸的废气通过排气支管2导入排气管路3中。排气管路3中的压力高于大气压的废气被导入到涡轮机4。由此为涡轮机4提供驱动力，驱动力通过连接(connect)传送给压缩机5。压缩机5压缩导入到进气管路6的空气。
回流管路7用于对来自排气管路3的部分废气进行再循环。回流管路7包括采用EGR阀8的形式的阀，在需要的时候通过该阀可切断回流管路7中废气流的阀。EGR阀8可用于控制通过回流管路7导入到进气管路6的废气量。采用控制单元9来控制EGR阀8。控制单元9根据与柴油机当前运行状态相关的信息来控制EGR阀8。回流管路7还包括EGR冷却器10，用于在再循环的废气与进气管路6中的压缩空气混合之前，冷却再循环的废气。提供给柴油机1的空气和废气的量取决于空气和废气的压力，也取决于后者的温度。因此，对再循环的废气提供有效的冷却是非常重要的。经由EGR冷却器10循环的废气通过车辆已有的冷却***中的冷却剂来冷却，该冷却剂也对柴油机1进行冷却。在使用增压柴油机1时，废气的压力在许多情况下低于进气管路中压缩空气的压力。在这种运行情况下，不借助辅助设备将不可能把来自柴油机1的废气直接与进气管路6中的压缩空气混合。为此，可使用例如文丘里管11。如果将内燃机替换成增压汽油机，由于汽油机的废气在基本上所有运行状态下的压力均高于进气管路6中压缩空气的压力，因此可直接将废气引到进气管路6。
增压冷却器12安置在进气管路6中。增压冷却器12通过周围的空气进行冷却。为了进行冷却，进气管路6中混合的压缩空气与废气一起通过增压冷却器12。图2用图形描述了从上方观察增压冷却器12的视图。在该情况下，其靠近用于对车辆冷却***中的对冷却剂进行冷却的传统冷却器14。增压冷却器12和冷却器14之间相隔一段距离相互平行。在这种情况下，通过周围空气对增压冷却器12中的废气和压缩空气以及冷却器14中的冷却剂进行冷却，周围空气在流经冷却器14之前首先流过增压冷却器12。当废气和压缩空气的混合物已在增压冷却器12中冷却后，该混合物通过支管13流向柴油机1的各个汽缸。
在柴油机1运行期间，废气驱动涡轮机4。因此向涡轮机4提供驱动压缩机5的驱动力。压缩机5对引到进气管路6中的空气进行压缩。在柴油机1的大多数运行状态下，控制单元9保持EGR阀8打开，从而将排气管路3中的部分废气导入回流管路7中。在这种情况下，废气的温度大约在600-700℃。当回流管路7中的废气到达EGR冷却器10时，其经历第一冷却步骤。在该阶段，通过冷却***中的冷却剂来冷却废气。因此可有效地冷却废气，从而当废气离开EGR冷却器10时，其温度具有很大程度上的降低。然而，EGR冷却器10受到的限制是，其最多能够将废气冷却到与冷却剂温度一致的温度。冷却***中冷却剂的温度是可以变化的，但在正常运行中，它的温度通常在80-100范围中℃。
在增压柴油机1中，在某些运行情况下，废气的压力将因此比进气管路6中的压缩空气的压力低。文丘里管11可用于局部减少进气管路6中靠近回流管路7处的空气的静压，从而导入废气并将其与进气管路6中的压缩空气混合。此后，将废气和压缩空气的混合物一起导入通过增压冷却器12。废气和压缩空气的混合物在增压冷却器12中通过流经增压冷却器12的周围空气一起冷却。增压冷却器12的尺寸是具有优势的，从而使得废气和压缩空气的混合物的温度冷却到刚刚超过环境温度几度。在经过增压冷却器12之后，混合物被导入柴油机1的各个气缸中。与传统的EGR技术相比，在该情况中废气也经历第二冷却步骤。因此，将废气与压缩空气混合，其后通过作为冷却介质的周围空气将废气与压缩空气一起进行冷却。因此，可使导入柴油机1的废气和压缩空气的混合物温度变得与提供给不配有EGR的对应柴油机的压缩空气的温度一致。具有这种再循环废气冷却的柴油机的性能可与没配有EGR的内燃机的性能基本一致。
本发明决不限于附图所描述的实施例中，并可在权利要求的范围内自由改变。因此，不排除将再循环废气不经冷却直接导入进气管路以及废气与压缩空气一同冷却的整个过程都发生在增压冷却器中的可能性。

Claims (10)

1、一种用于在增压内燃机(1)中进行废气再循环的装置，所述装置由此包括将废气从内燃机(1)导出的排气管路(3)，将高于大气压的空气导入内燃机(1)的进气管路(6)，包括到排气管路(3)的连接和到进气管路(6)的连接的回流管路(7)，从而通过回流管路(7)可将废气从排气管路(3)再循环到进气管路(6)，其特征在于：所述装置包括通过第一介质进行冷却的第一冷却器(12)，所述第一冷却介质的温度与环境温度基本一致，第一冷却器(12)由此被安装在进气管路(6)中从回流管路(7)到进气管路(6)的连接处的下游处，从而当所述废气通过回流管路(7)返回时，所述第一冷却器(12)在将废气与空气的混合物导入内燃机(1)之前冷却所述混合物。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一介质是周围的空气。
3、如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述装置包括第二冷却器(10)，其适用于冷却回流管路(7)中的废气。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于通过液态介质冷却第二冷却器(10)。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于所述液态介质包含在用于冷却内燃机(1)的冷却***中。
6、如权利要求5所述的装置，其特征在于所述第一冷却器(12)安放在靠近用于对冷却***中的冷却剂进行冷却的冷却器(14)的位置上。
7、如前述任意一个权利要求所述的装置，其特征在于所述装置包括被安装在进气管路(7)中的EGR阀(8)。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于所述装置包括用于控制EGR阀(8)的控制单元(9)。
9、如前述任意一个权利要求所述的装置，其特征在于所述装置包括涡轮机(4)和压缩机(5)，所述涡轮机通过排气管路(3)中未导入回流管路(7)的废气来驱动，所述压缩机通过所述涡轮机(4)来驱动，从而使它压缩进气管路(6)中的空气。
10、如前述任意一个权利要求所述的装置，其特征在于内燃机(1)是柴油机或汽油机(Otto)。
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